1. Pregled proizvodnje hidroenergije
Proizvodnja hidroelektrana služi za pretvaranje vodene energije prirodnih rijeka u električnu energiju koju ljudi koriste. Izvori energije koje koriste elektrane su raznoliki, kao što su solarna energija, vodna energija rijeka i energija vjetra generirana protokom zraka. Troškovi proizvodnje hidroenergije korištenjem hidroelektrana su jeftini, a izgradnja hidroelektrana može se kombinirati i s drugim projektima očuvanja vode. Kina je bogata vodnim resursima i ima izvrsne uvjete. Hidroenergija igra važnu ulogu u izgradnji nacionalnog gospodarstva.
Uzvodni vodostaj rijeke viši je od nizvodnog vodostaja. Zbog razlike u vodostaju rijeke stvara se energija vode. Ta se energija naziva potencijalna energija ili energija potencijala. Razlika u visini riječne vode naziva se pad, također se naziva razlika vodostaja ili pad. Ovaj pad je osnovni uvjet za hidrauličku snagu. Osim toga, veličina vodne snage ovisi i o veličini protoka vode u rijeci, što je još jedan osnovni uvjet jednako važan kao i pad. I pad i protok izravno utječu na veličinu hidrauličke snage; što je veći pad vode, to je veća hidraulična snaga; ako su pad i volumen vode relativno mali, snaga hidroelektrane bit će manja.
Pad se općenito izražava u metrima. Gradijent vodene površine je omjer pada i udaljenosti, što može ukazivati na stupanj koncentracije pada. Ako je pad relativno koncentriran, korištenje vodne snage je pogodnije. Pad koji koristi hidroelektrana je razlika između uzvodne vodene površine hidroelektrane i nizvodne vodene površine nakon prolaska kroz hidrauličku turbinu.
Protok je količina vode koja teče kroz rijeku u jedinici vremena, izražena u kubnim metrima u sekundi. Kubni metar vode je jedna tona. Protok rijeke mijenja se u bilo koje vrijeme i bilo gdje, pa kada govorimo o protoku, moramo objasniti vrijeme specifičnog mjesta gdje teče. Protok se značajno mijenja s vremenom. Općenito, rijeke u Kini imaju veliki protok ljeti, jeseni i kišnoj sezoni, ali mali protok zimi i proljeću. Protok varira od mjeseca do dana, a volumen vode varira iz godine u godinu. Protok općih rijeka relativno je mali u uzvodnom dijelu; Kako se pritoci spajaju, nizvodni protok postupno se povećava. Stoga, iako je pad uzvodno koncentriran, protok je mali; iako je nizvodni protok velik, pad je relativno raspršen. Stoga je često najekonomičnije koristiti vodnu energiju u srednjem toku rijeke.
Poznavajući pad i protok koji koristi hidroelektrana, njezina snaga može se izračunati sljedećom formulom:
N= GQH
U formuli, N – izlazna snaga, jedinica: kW, također se naziva snaga;
Q — protok, u kubnim metrima u sekundi;
H — Pad, u metrima;
G=9,8 je ubrzanje gravitacije, u Newton/kg
Teorijska snaga se izračunava prema gornjoj formuli i ne oduzimaju se gubici. Zapravo, u procesu proizvodnje hidroenergije, vodne turbine, prijenosna oprema, generatori itd. imaju neizbježne gubitke snage. Stoga teoretsku snagu treba umanjiti, odnosno stvarnu snagu koju možemo koristiti treba pomnožiti s koeficijentom korisnosti (simbol: K).
Projektirana snaga generatora u hidroelektrani naziva se nazivna snaga, a stvarna snaga se naziva stvarna snaga. U procesu transformacije energije neizbježan je gubitak dijela energije. U procesu proizvodnje hidroenergije uglavnom dolazi do gubitaka hidrauličnih turbina i generatora (uključujući gubitke u cjevovodima). U ruralnim mikro hidroelektranama, razni gubici čine 40~50% ukupne teorijske snage, tako da izlaz hidroelektrana može koristiti samo 50~60% teorijske snage, odnosno učinkovitost je oko 0,5~0,60 (uključujući učinkovitost turbine od 0,70~0,85, učinkovitost generatora od 0,85~0,90 i učinkovitost cjevovoda i prijenosne opreme od 0,80~0,85). Stoga se stvarna snaga (izlaz) hidroelektrane može izračunati na sljedeći način:
K – učinkovitost hidroelektrane, (0,5~0,6) usvaja se za grubi izračun mikro hidroelektrane; Gornja formula može se pojednostavniti kao:
N=(0,5 ～ 0,6) QHG stvarna snaga=učinkovitost × protok × pad × devet, osam
Upotreba hidroenergije je korištenje vode za pogon vrste stroja koji se naziva vodena turbina. Na primjer, drevni vodeni kotač u Kini je vrlo jednostavna vodena turbina. Različite hidraulične turbine koje se danas koriste prilagođene su različitim specifičnim hidrauličkim uvjetima, tako da se mogu učinkovitije okretati i pretvarati energiju vode u mehaničku energiju. Drugi stroj, generator, spojen je na vodenu turbinu kako bi rotor generatora rotirao zajedno s vodenom turbinom, a zatim se može generirati električna energija. Generator se može podijeliti na dva dijela: dio koji se okreće zajedno s hidrauličnom turbinom i fiksni dio generatora. Dio koji se okreće zajedno s hidrauličnom turbinom naziva se rotor generatora i oko rotora postoji mnogo magnetskih polova; krug oko rotora je fiksni dio generatora, koji se naziva stator generatora. Stator je omotan mnogim bakrenim zavojnicama. Kada se mnogo magnetskih polova rotora okreće u sredini bakrene zavojnice statora, na bakrenoj žici će se generirati struja, a generator pretvara mehaničku energiju u električnu energiju.
Električna energija koju generira elektrana pretvara se iz razne električne opreme u mehaničku energiju (motor ili elektromotor), svjetlosnu energiju (električna lampa), toplinsku energiju (električna peć) itd.
2. Sastav hidroelektrane
Hidroelektrana se sastoji od hidrauličkih konstrukcija, strojarske opreme i električne opreme.
(1) Hidrotehničke konstrukcije
Uključuje preljev (branu), usisna vrata, kanal (ili tunel), prednji prostor (ili regulacijski spremnik), cjevovod, strojarnicu i odvodni kanal itd.
Izgradite branu u rijeci kako biste blokirali rijeku, podigli površinu vode i formirali akumulaciju. Na taj način se formira koncentrirani pad od površine vode akumulacije na brani do površine vode rijeke ispod brane, a zatim se voda uvodi u hidroelektranu kroz vodovodne cijevi ili tunele. U strmom riječnom koritu, korištenje derivacijskih kanala također može formirati pad. Na primjer, pad prirodne rijeke je 10 metara po kilometru. Ako se na gornjem kraju ovog dijela rijeke otvori kanal za uvođenje vode, kanal će biti iskopan uz rijeku, a nagib kanala bit će ravan. Ako je pad u kanalu samo 1 metar po kilometru, voda će teći 5 kilometara u kanalu i padati samo 5 metara, dok će voda padati 50 metara nakon što prijeđete 5 kilometara u prirodnoj rijeci. U ovom trenutku, voda u kanalu se vodi natrag do elektrane rijekom vodovodnim cijevima ili tunelima, a postoji koncentrirani pad od 45 m koji se može koristiti za proizvodnju električne energije.
Hidroelektrana koja koristi derivacijske kanale, tunele ili vodovodne cijevi (kao što su plastične cijevi, čelične cijevi, betonske cijevi itd.) za stvaranje koncentriranog pada naziva se hidroelektrana tipa derivacijskog kanala, što je tipičan raspored hidroelektrana.
(2) Mehanička i električna oprema
Uz gore navedene hidrauličke radove (preljev, kanal, prednji bazen, cjevovod i strojarnica), hidroelektrana također treba sljedeću opremu:
(1) Mehanička oprema
Tu su hidraulične turbine, regulatori, zaporni ventili, oprema za prijenos i oprema koja nije namijenjena za proizvodnju energije.
(2) Električna oprema
Tu su generatori, distribucijske upravljačke ploče, transformatori, dalekovodi itd.
Međutim, ne posjeduju sve male hidroelektrane gore navedene hidrauličke konstrukcije te mehaničku i električnu opremu. Ako hidroelektrana s niskim padom i visinom vode manjim od 6 metara općenito usvoji način preusmjeravanja kanala i otvorene preusmjeravajuće komore kanala, neće biti prednjeg bazena i cjevovoda. Elektrana s malim dometom napajanja i kratkom prijenosnom udaljenošću usvaja izravni prijenos bez transformatora. Hidroelektrane s akumulacijama ne trebaju graditi brane. Usvaja se duboki ulaz vode, a unutarnja cijev (ili tunel) i preljev brane ne moraju koristiti hidrauličke konstrukcije poput preljeva, usisnih vrata, kanala i prednjeg bazena.
Za izgradnju hidroelektrane prvo treba provesti pažljivo istraživanje i projektiranje. Postoje tri faze projektiranja: preliminarni projekt, tehnički projekt i detalji izgradnje. Kako bismo dobro obavili posao projektiranja, prvo moramo provesti temeljito istraživanje, odnosno u potpunosti razumjeti lokalne prirodne i ekonomske uvjete - topografiju, geologiju, hidrologiju, kapital itd. Ispravnost i pouzdanost projekta mogu se jamčiti tek nakon savladavanja tih uvjeta i njihove analize.
Komponente malih hidroelektrana imaju različite oblike ovisno o različitim vrstama hidroelektrana.
3. Topografsko snimanje
Kvaliteta topografskog snimanja ima veliki utjecaj na raspored projekta i procjenu količina.
Geološka istraživanja (razumijevanje geoloških uvjeta) zahtijevaju ne samo opće razumijevanje i istraživanje geologije bazena i geologije obale rijeke, već i razumijevanje jesu li temelji strojarnice čvrsti, što izravno utječe na sigurnost same elektrane. Nakon što se uništi brana s određenim volumenom akumulacije, to neće samo oštetiti samu hidroelektranu, već će uzrokovati i ogromne gubitke života i imovine nizvodno. Stoga se geološki odabir prednjeg zaljeva općenito stavlja na prvo mjesto.
4. Hidrometrija
Za hidroelektrane, najvažniji hidrološki podaci su zapisi o vodostaju rijeke, protoku, koncentraciji sedimenta, zaleđivanju, meteorološki podaci i podaci istraživanja poplava. Veličina riječnog protoka utječe na raspored preljeva hidroelektrane, a ozbiljnost poplave se podcjenjuje, što će dovesti do uništenja brane; sediment koji nosi rijeka može u najgorem slučaju brzo napuniti akumulaciju. Na primjer, dotok u kanal uzrokovat će zamuljivanje kanala, a krupni sediment će proći kroz hidrauličku turbinu i uzrokovati trošenje hidrauličke turbine. Stoga, izgradnja hidroelektrana mora imati dovoljno hidroloških podataka.
Stoga je prije donošenja odluke o izgradnji hidroelektrane potrebno istražiti i proučiti smjer gospodarskog razvoja i buduću potražnju za električnom energijom u području opskrbe energijom. Istovremeno, procijeniti situaciju s drugim izvorima energije u području razvoja. Tek nakon proučavanja i analize gore navedenih uvjeta možemo odlučiti treba li graditi hidroelektranu i koliki bi trebao biti opseg gradnje.
Općenito, svrha hidroenergetskog istraživanja je pružiti točne i pouzdane osnovne podatke potrebne za projektiranje i izgradnju hidroelektrana.
5. Opći uvjeti odabrane lokacije postaje
Opći uvjeti za odabir lokacije postaje mogu se opisati kroz sljedeća četiri aspekta:
(1) Odabrana lokacija elektrane mora omogućiti najekonomičnije korištenje vodene energije i biti u skladu s načelom uštede troškova, odnosno nakon dovršetka izgradnje elektrane, trošak će se smanjiti, a proizvesti maksimalna snaga. Općenito, to se može izmjeriti procjenom godišnjeg prihoda od proizvodnje energije i ulaganja u izgradnju elektrane kako bi se vidjelo koliko dugo se uloženi kapital može povratiti. Međutim, zbog različitih hidroloških i topografskih uvjeta i različite potražnje za energijom, troškovi i ulaganja ne bi trebali biti ograničeni određenim vrijednostima.
(2) Odabrana lokacija elektrane trebala bi imati vrhunske topografske, geološke i hidrološke uvjete te biti povoljnija u projektiranju i izgradnji. Izgradnja malih hidroelektrana mora se što više pridržavati načela „lokalnih materijala“ u pogledu građevinskih materijala.
(3) Odabrana lokacija stanice mora biti što bliže području opskrbe električnom energijom i obrade kako bi se smanjila ulaganja u prijenosnu opremu i gubici snage.
(4) Prilikom odabira lokacije elektrane, postojeće hidrauličke strukture treba iskoristiti koliko god je to moguće. Na primjer, kap vode može se koristiti za izgradnju hidroelektrana u kanalima za navodnjavanje ili se hidroelektrane mogu graditi u blizini rezervoara za navodnjavanje za proizvodnju električne energije korištenjem protoka navodnjavanja itd. Budući da ove hidroelektrane mogu biti u skladu s načelom proizvodnje električne energije kada ima vode, njihov ekonomski značaj je očitiji.
Vrijeme objave: 25. listopada 2022.
